„Į keletą klausimų apie gyvybės kilmę jau atsakyta, bet dar daug ką reikia ištirti“, – dar 1959 m. teigė Stanley Milleris ir Haroldas Urey, pranešę apie aminorūgščių sintezę laboratorinėmis sąlygomis primityvioje Žemėje. Nors mokslininkai daug pasiekė ateityje, jie jau seniai sprendžia esminį klausimą – kokia genetinė medžiaga pirmiausia susiformavo primityvioje Žemėje: DNR ar RNR , ar šiek tiek abiejų? Dabar yra įrodymų, leidžiančių manyti, kad DNR ir RNR galėjo egzistuoti kartu pirmykštėje sriuboje, iš kurios gyvybės formos galėjo išsivystyti su atitinkama genetine medžiaga.
Pagrindinė molekulinės biologijos dogma teigia, kad DNR gamina RNR , o baltymus – iš baltymų . Baltymai yra atsakingi už daugumą, jei ne visas organizme vykstančias reakcijas. Visas organizmo funkcionalumas labai priklauso nuo jų buvimo ir sąveikos su baltymų molekulėmis. Pagal pagrindinę dogmą, baltymai gaminami iš DNR esančios informacijos , kuri per pasiuntinį, vadinamą RNR, paverčiama funkciniu baltymu . Tačiau įmanoma, kad patys baltymai gali išgyventi savarankiškai, be DNR ar RNR , kaip yra prionų (neteisingai susilanksčiusių baltymų molekulių, kuriose nėra DNR ar RNR ) atveju , tačiau jie gali išgyventi patys.
Taigi gyvybės atsiradimo scenarijai gali būti trys.
A) Jei baltymai arba jų statybiniai blokai galėjo abiotiškai formuotis atmosferoje, kuri egzistavo prieš milijardus metų pirmykštėje sriuboje, baltymus galima pavadinti gyvybės kilmės pagrindu . Eksperimentiniai įrodymai, patvirtinantys šį teiginį, yra gauti iš garsaus Stanley Millerio 1, 2 eksperimento , kuris parodė, kad sumaišius metano, amoniako, vandens ir vandenilio mišinį ir cirkuliuojant pro elektros iškrovą, susidaro aminorūgščių mišinys. Tai dar kartą patvirtino po septynerių metų 3 1959 m. Stanley Milleris ir Haroldas Urey, teigdami, kad redukuojančios atmosferos buvimas pirmykštėje Žemėje paskatino organinių junginių sintezę, esant minėtoms dujoms ir mažesniems anglies monoksido bei anglies dioksido kiekiams. Millerio ir Urey eksperimentų aktualumu mokslininkų bendruomenė daugelį metų abejojo, manydama, kad jų tyrimuose naudotas dujų mišinys yra pernelyg redukuojantis, atsižvelgiant į pirmykštėje Žemėje egzistavusias sąlygas. Nemažai teorijų rėmėsi neutralia atmosfera, kurioje yra CO2, N2 ir vandens garų perteklius 4 . Tačiau neutrali atmosfera taip pat buvo nustatyta kaip tikėtina aplinka aminorūgščių sintezei5 . Be to, kad baltymai veiktų kaip gyvybės šaltinis, jie turi savarankiškai replikuotis, todėl susidaro skirtingų baltymų derinys, atitinkantis skirtingas organizme vykstančias reakcijas.
B) Jei pirmykštė sriuba sudarė sąlygas susidaryti DNR ir (arba) RNR statybiniams blokams , tai bet kuris iš jų galėjo būti genetinė medžiaga. Iki šiol atlikti tyrimai manė, kad RNR yra genetinė medžiaga, nuo kurios atsirado gyvybės formos, dėl jų gebėjimo susilankstyti, egzistuoti kaip viena grandinė ir veikti kaip fermentas 6 , galintis sudaryti daugiau RNR molekulių. Bėgant metams, buvo atrasta daug savarankiškai replikuojančių RNR fermentų 7, kurie rodo, kad RNR yra pradinė genetinė medžiaga. Tai dar labiau sustiprino Johno Sutherlando grupės atlikti tyrimai, kurie lėmė dviejų RNR bazių susidarymą aplinkoje, panašioje į pirmykštę sriubą, į mišinį įtraukiant fosfatą 8. RNR statybinių blokų susidarymas taip pat buvo parodytas imituojant redukuojančią atmosferą (kurioje yra amoniako, anglies monoksido ir vandens), panašią į tą, kuri buvo naudota Millerio-Urey eksperimente, o tada per jas leidžiant elektros išlydžius ir didelės galios lazerius 9. Jei manoma, kad RNR yra pradininkas, tai kada ir kaip atsirado DNR ir baltymai ? Ar DNR kaip genetinė medžiaga išsivystė vėliau dėl nestabilios RNR ir baltymų prigimties? Atsakymai į visus šiuos klausimus vis dar lieka neatsakyti.
C) Trečiasis scenarijus, kad DNR ir RNR gali egzistuoti kartu pirmykštėje sriuboje, lėmusioje gyvybės atsiradimą, kilo iš tyrimų, kuriuos 2020 m. birželio 3 d. paskelbė Johno Sutherlando grupė iš MRC laboratorijos Kembridže, JK. Tyrėjai laboratorijoje įrengė negilius tvenkinius, imituodami sąlygas, kurios egzistavo pirmykštėje Žemėje prieš milijardus metų. Pirmiausia jie ištirpino RNR formuojančias chemines medžiagas vandenyje, po to jas išdžiovino ir kaitino, o tada paveikė UV spinduliuote, kuri imitavo saulės spindulius, egzistavusius pirmykščiais laikais. Tai lėmė ne tik dviejų RNR , bet ir DNR statybinių blokų sintezę , o tai rodo, kad abi nukleorūgštys egzistavo kartu gyvybės atsiradimo metu 10.
Remiantis šiandien turimomis žiniomis ir gerbiant pagrindinę molekulinės biologijos dogmą, atrodo tikėtina, kad DNR ir RNR egzistavo kartu, o tai paskatino gyvybės atsiradimą ir baltymų susidarymą vėliau.
Tačiau autorius nori spėlioti apie kitą scenarijų, kuriame visos trys svarbios biologinės makromolekulės, t. y. DNR, RNR ir baltymai, egzistavo kartu pirmykštėje sriuboje. Netvarkingos sąlygos, egzistavusios pirmykštėje sriuboje, įskaitant Žemės paviršiaus cheminę prigimtį, ugnikalnių išsiveržimus ir tokių dujų kaip amoniakas, metanas, anglies monoksidas, anglies dioksidas bei vanduo buvimą, galėjo būti idealios visoms makromolekulėms susidaryti. Užuominą apie tai pateikė Ferus ir kt. atlikti tyrimai, kuriuose nukleobazės susidarė toje pačioje redukuojančioje atmosferoje9, kuri buvo naudojama Miller-Urey eksperimente. Jei tikėsime šia hipoteze, tai evoliucijos metu skirtingi organizmai perėmė vieną ar kitą genetinę medžiagą, kuri buvo palanki jų egzistavimui ateityje.
Tačiau bandant suprasti gyvybės formų kilmę, reikia atlikti daug tolesnių tyrimų, kad būtų atsakyta į esminius ir svarbius klausimus apie tai, kaip gyvybė atsirado ir plito. Tam reikėtų „nepaprasto“ požiūrio, nepasikliaujant jokiais išankstiniais nusistatymais, kuriuos į mūsų mąstymą įvedė dabartinės mokslo dogmos.
***
Nuorodos:
1. Miller S., 1953. Aminorūgščių gamyba galimomis primityvios Žemės sąlygomis. Mokslas. 1953 m. gegužės 15 d.: 117 tomas, 3046 numeris, p. 528–529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. ir kt. 2003. Prebiotinė sriuba – Millerio eksperimento apžvalga. „Science“, 2003 m. gegužės 02 d.: 300 tomas, 5620 numeris, p. 745–746. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL ir Urey HC, 1959. Organinių junginių sintezė primityviojoje Žemėje. „Science“, 1959 m. liepos 31 d.: 130 tomas, 3370 numeris, p. 245–251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Atmosferos sudėtis ir klimatas ankstyvojoje Žemėje. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Paskelbta: 2006 m. rugsėjo 07 d. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH ir kt. 2008. Prebiotinės organinės sintezės pakartotinis įvertinimas neutralioje planetų atmosferoje. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Tarpinė Tetrahymena RNR seka yra fermentas. „Science“, 1986 m. sausio 31 d.: 231 tomas, 4737 numeris, p. 470–475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J ir kt. 2011. Ribozimo katalizuojama aktyvaus ribozimo transkripcija. „Science“, balandžio 08 d.: 332 tomas, 6026 leidimas, p. 209–212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. ir Sutherland, J., 2009. Aktyvuotų pirimidino ribonukleotidų sintezė prebiotiškai tinkamomis sąlygomis. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F ir kt., 2017. Nukleobazių susidarymas Millerio-Urey redukcinėje atmosferoje. PNAS, 2017 m. balandžio 25 d., 114 (17) 4306–4311; pirmą kartą publikuota 2017 m. balandžio 10 d. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. ir kt. 2020 Selektyvus RNR pirimidino ir DNR purino nukleozidų prebiotinis formavimasis. Nature 582, 60–66 (2020). Paskelbta: 2020 m. birželio 03 d. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
Komentarai yra uždaryti.